專利名稱：高壓帶隙基準及其啟動電路的制作方法
高壓帶隙基準及其啟動電路
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路設(shè)計領(lǐng)域中的帶隙基準電路，特別是一種高壓帶隙基準及其啟動電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中，帶隙基準電路幾乎是所有芯片必不可少的組成部分。現(xiàn)有的帶隙基準電路其電源電壓根據(jù)工藝的不同一般最高不可超過MOS管的柵源或源漏擊穿電壓。高壓芯片的電源電壓可高達幾百伏甚至更高。這就需要采用高壓工藝設(shè)計芯片。目前根據(jù)采用的高壓工藝的不同，在如此高的電壓下設(shè)計的帶隙基準電路也有兩種情況。其一，有的高壓工藝采用厚柵，其MOS管柵源和漏源擊穿電壓可以很高，從而可以輕易設(shè)計出工作于很高電源電壓的帶隙基準電路。此時，高壓帶隙基準設(shè)計除了采用的工藝與低壓帶隙基準不同外，其它設(shè)計要求與低壓沒什么大的區(qū)別。其二，然而有的高壓工藝沒有采用厚柵，其MOS管柵源擊穿電壓只有幾伏(一般不超過五伏)，而其漏源，漏體和漏柵之間可以承受的電壓可以高達幾百伏甚至更高。此工藝下，由于受柵源擊穿電壓的限制，帶隙基準電路的電源電壓一般只有幾伏，此時一般采用圖 1所示的帶隙基準電路結(jié)構(gòu)。其中，高壓電源電壓先經(jīng)過電壓調(diào)整器輸出一低壓電源，再由此低壓電源給帶隙基準電路供電。由于輸出的低壓電源不會超過MOS管的柵源擊穿電壓， 故帶隙基準可以按照低壓帶隙基準設(shè)計。此種情況的優(yōu)點是帶隙基準電路設(shè)計相對簡單， 但它需要電壓調(diào)整器，常常消耗額外的功耗。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種高壓帶隙基準及其啟動電路。該電路中所用的MOS管不采用厚柵，其柵源擊穿電壓只有幾伏(不超過五伏)，而其漏源，漏體和漏柵之間可以承受的電壓可以高達幾百伏甚至更高。本發(fā)明采用了下列技術(shù)方案解決了其技術(shù)問題一種高壓帶隙基準及其啟動電路，包括一個啟動電路以及一個與其連接的帶隙基準電路，其特征在于所述的帶隙基準電路中第一 MOS管、第三MOS管、第七MOS管、第九MOS管以及第一三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第二 MOS管、第四MOS管、第八MOS管、第十MOS管、第一電阻以及第二三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第五MOS管、第六MOS管、第二電阻以及第三三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；其中，第一MOS管的柵極與漏極相連接，并與第二MOS管、第五MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第三MOS管的柵極與漏極相連接，并與第四MOS管、第六MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第八MOS管的柵極與漏極相連接，并與第七MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第十MOS管的柵極與漏極相連接，并與第九MOS管的柵相連接，形成電流鏡；所述的啟動電路中第三電阻、第十一 MOS管、第十二 MOS管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第十一 MOS管的柵極與漏極相連接，第十二 MOS管的柵極連接到帶隙基準電路的輸出點(Vref)；第十三MOS管的漏極連到電源一端，柵極連到第三電阻與第十一 MOS管漏極的公共端，第四電阻的一端與第十三MOS管源極相連接，另一端連接到第四MOS管漏極與第八 MOS管漏極的公共端。所述第三MOS管、第四MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第十二 MOS 管、第十三MOS管為高壓MOS管。所述的第一 MOS管、第二 MOS管、第五MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第i^一 MOS 管為低壓MOS管。本發(fā)明中的帶隙基準可直接工作在很寬電的電壓范圍內(nèi)，其最高工作電壓由工藝中MOS管的最大漏源擊穿電壓決定，其最低工作電源電壓可達5V左右。比如當采用最高漏源耐壓為X伏的高壓工藝時，帶隙基準工作的電壓范圍約為5V XV。在此電壓范圍內(nèi)整個電路能正常工作且MOS管不被擊穿。帶隙基準的啟動電路也能夠在啟動過程中和啟動以后正常工作。在整個高壓工作范圍內(nèi)，所有MOS管的柵源、漏源、漏體和漏源電壓都不會超過所允許的范圍。

圖1為傳統(tǒng)帶隙基準系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明高壓帶隙基準及其啟動電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖中各序號分別表示為Ml-第—-MOS 管M2-第二 MOS 管
M3-第三:M0S 管M4-第四MOS管；
M5-第五MOS管M6-第六MOS管；
M7-第七MOS管M8-第八MOS管；
M9-第九MOS管MlO-第十MOS管
Mll-第-1^一MOS管； M12-第十二 MOS
M13-第_—三 MOS管； Ql-第一三極管；
Q2-第二-三極管Q3-第三三極管；
Rl-第—-電阻；R2-第二電阻；
R3-第三電阻；R4-第四電阻。
具體實施方式以下結(jié)合實施例以及附圖對本發(fā)明作進一步的描述。參照圖2，本發(fā)明包括一個啟動電路以及一個與其連接的帶隙基準電路。所述的帶隙基準電路中第一 MOS管Ml、第三MOS管M3、第七MOS管M7、第九MOS 管M9以及第一三極管Ql依次串聯(lián)連接在電源兩極；第二 MOS管M2、第四MOS管M4、第八 MOS管M8、第十MOS管M10、第一電阻Rl以及第二三極管Q2依次串聯(lián)連接在電源兩極；第五MOS管M5、第六MOS管M6、第二電阻R2以及第三三極管Q3依次串聯(lián)連接在電源兩極；其中，第一 MOS管Ml的柵極與漏極相連接，并與第二 MOS管M2、第五MOS管M5的柵相連接， 形成電流鏡；第三MOS管M3的柵極與漏極相連接，并與第四MOS管M4、第六M0SM6管M6的柵相連接，形成電流鏡；第八MOS管M8的柵極與漏極相連接，并與第七MOS管M7的柵相連接，形成電流鏡；第十MOS管MlO的柵極與漏極相連接，并與第九MOS管M9的柵相連接，形成電流鏡；所述的啟動電路中R3第三電阻、第i^一 MOS管Mil、第十二 MOS管M12依次串聯(lián)連接在電源兩極；第十一 MOS管Mll的柵極與漏極相連接，第十二 MOS管M12的柵極連接到帶隙基準電路的輸出點Vref ；第十三MOS管M13的漏極連到電源一端，柵極連到第三電阻 R3與第i^一 MOS管Mll漏極的公共端，第四電阻R4的一端與第十三MOS管M13源極相連接，另一端連接到第四MOS管M4漏極與第八MOS管M8漏極的公共端。如上所述第三MOS管M3、第四MOS管M4、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八MOS 管M8、第十二 MOS管M12、第十三MOS管M13為高壓MOS管。所述的第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第五MOS管M5、第九MOS管M9、第十MOS管 M10、第^^一 MOS管Mll為低壓MOS管。所述第一、第二、第三三極管Ql、Q2、Q3為PNP型三極管。在圖2所示的帶隙基準電路部分，第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、 第四MOS管M4組成電流鏡，使流過第一三極管Ql和第二三極管Q2的電流成一定比例。第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9、第十MOS管MlO使節(jié)點4、7的電壓相等。如果第一三極管Ql和第二三極管Q2的面積比為1 N，則第一三極管Ql和第二三極管Q2基極和發(fā)射極的電壓差將不同。此不同會因節(jié)點4、7的電壓相等而等效到第一電阻Rl兩端。 由于此電壓差是與溫度成正比，忽略Rl的溫度系數(shù)，則流過第一電阻Rl的電流與溫度成正比(PTAT)。此PTAT電流再鏡像到第三三極管Q3和第二電阻R2支路，選擇合適的R1、R2比例，就可得出與溫度和電源電壓都無關(guān)的基準電壓Vref。本發(fā)明設(shè)置了第三MOS管M3、第四MOS管M4、第六MOS管M6、第七MOS管M7、第八 MOS管M8都為高壓MOS管。其理由由圖2可知，第四MOS管M4的柵電壓為電源電壓減去第一 MOS管Ml、第三MOS管M3的柵源電壓之和，而第四MOS管M4的漏電壓等于第八MOS管 M8、第十MOS管MlO的柵源電壓、與節(jié)點7的電壓之和。一般第一 MOS管Ml、第三MOS管M3、 第八MOS管M8、第十MOS管MlO在IV左右，節(jié)點7的電壓為0. 7伏左右。由此可以算出第四MOS管M4的漏柵電壓為電源電壓減去大約4. 7V。對于高壓電源電壓，第四MOS管M4的柵漏要承受很高的電壓，故第四MOS管M4用高壓管，同理可以算出第六MOS管M6、第七MOS 管M7也需用高壓管。為了使電路結(jié)構(gòu)對稱，減少失調(diào)，第三MOS管M3和第八MOS管M8也用高壓管。但是，如果電路中所有MOS管都用高壓管，反倒會降低電路性能。這是因為現(xiàn)在的高壓工藝一般采用DMOS或LDM0S，其高壓管的面積比較大，有的還需要單獨做阱以隔離，這樣在版圖上難以做到像低壓管一樣的匹配性能。而第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第五低壓MOS管M5、第九MOS管M9、第十MOS管MlO對帶隙基準的失調(diào)影響很大。因此，全采用高壓管的話會降低帶隙基準的精度和增大面積。在啟動電路中，當電路未啟動時，輸出點Vref電壓為低，第十二 MOS管M12截止， 則第十三MOS管M13的柵壓為高，第十三MOS管M13導通，從而由電流從第十三MOS管M13 流入節(jié)點2啟動電路。電路啟動后，輸出點Vref為1. 2伏左右，第十二 MOS管Ml2導通，節(jié)點1電壓為低，第十三MOS管M13截止。以上就是啟動電路工作的機理。第i^一 MOS管Mll 是為了產(chǎn)生一定壓降，減少電阻數(shù)量而減小面積。第四電阻R4是為了保護電路。因為在電路未啟動的時候，第十三MOS管M13的柵電壓很高，而第十三MOS管M13的源電壓很低，則有可能造成瞬間高的柵源電壓損壞第十三MOS管M13，加入第四電阻R4后，由于第十三MOS 管M13的柵源電壓超過閾值電壓后會產(chǎn)生電流，此電流在R4上產(chǎn)生壓降，而使第十三MOS 管M13的柵源電壓不會瞬間達到高壓損壞，增加了電路安全性。 綜上所述，本專利中帶隙基準電路可工作在極高的電源電壓下和很寬的電壓范圍內(nèi)。其啟動電路在高壓電源時也可安全可靠的工作。
權(quán)利要求
1.一種高壓帶隙基準及其啟動電路，包括一個啟動電路以及一個與其連接的帶隙基準電路，其特征在于所述的帶隙基準電路中第一 MOS管、第三MOS管、第七MOS管、第九MOS 管以及第一三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第二 MOS管、第四MOS管、第八MOS管、第十 MOS管、第一電阻以及第二三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第五MOS管、第六MOS管、第二電阻以及第三三極管依次串聯(lián)連接在電源兩極；其中，第一 MOS管的柵極與漏極相連接，并與第二 MOS管、第五MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第三MOS管的柵極與漏極相連接，并與第四MOS管、第六MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第八MOS管的柵極與漏極相連接，并與第七MOS管的柵相連接，形成電流鏡；第十MOS管的柵極與漏極相連接，并與第九MOS管的柵相連接，形成電流鏡；所述的啟動電路中第三電阻、第十一 MOS管、第十二 MOS管依次串聯(lián)連接在電源兩極；第十一 MOS管的柵極與漏極相連接，第十二 MOS管的柵極連接到帶隙基準電路的輸出點 (Vref)；第十三MOS管的漏極連到電源一端，柵極連到第三電阻與第十一MOS管漏極的公共端，第四電阻的一端與第十三MOS管源極相連接，另一端連接到第四MOS管漏極與第八MOS 管漏極的公共端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓帶隙基準及其啟動電路，其特征在于所述第三MOS 管、第四MOS管、第六MOS管、第七MOS管、第八MOS管、第十二 MOS管、第十三MOS管為高壓 MOS 管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓帶隙基準及其啟動電路，其特征在于所述的第一 MOS管、第二 MOS管、第五MOS管、第九MOS管、第十MOS管、第i^一 MOS管為低壓MOS管。
全文摘要
高壓帶隙基準及其啟動電路，帶隙基準電路中第一、三、七、九MOS管與一三極管依次串聯(lián)；第二、四、八、十MOS管、電阻及另一三極管依次串聯(lián)；第五、六MOS管、電阻及再一三極管依次串聯(lián)；第一管柵、漏極與第二、五管柵極相連；第三管的柵、漏極與第四、六管柵極相連；第八管柵、漏極與第七管柵極相連；第十管柵、漏極與第九管柵極相連。啟動電路中電阻、第十一、十二MOS管依次串聯(lián)；第十一管柵、漏極相連，第十二管柵極連到輸出點；第十三MOS管漏極連到電源一端，柵極連到第十一管漏極，第十三管源極通過一電阻連接到第四管漏極。本發(fā)明可工作在極高的電源電壓下和很寬的電壓范圍內(nèi)。其啟動電路在高壓電源時也可安全可靠的工作。
文檔編號G05F3/30GK102200795SQ20101013262
公開日2011年9月28日 申請日期2010年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月25日
發(fā)明者李茂登, 肖國慶 申請人:上海沙丘微電子有限公司